第7章-土壤膠體表面化學(xué)

1、第6章提問(wèn)1、活性酸和潛性酸的定義？2、什么叫交換酸和水解酸？?jī)烧哒l(shuí)最能代表潛性酸？ 3、ESP 是什么？有什么意義？4、土壤Eh？ 此值為何能作為土壤通氣性指標(biāo)？5、土壤緩沖性的概念及意義？6、交換性Al3是南方土壤酸化的主要原因，為什么?7、交換性Na是北方土壤堿化的重要原因，為什么？8、中和土壤酸度的石灰需要量的主要依據(jù)是什么？9、舉出酸性土有代表性的指示植物？10、鐵、錳元素為何在強(qiáng)度還原條件下產(chǎn)生毒害？11、土壤酸性或強(qiáng)酸性條件下有什么危害？2第7章土壤膠體表面化學(xué)3提 要n第一節(jié) 土壤膠體的表面類型與構(gòu)造n第二節(jié) 土壤膠體表面性質(zhì)n第三節(jié) 土壤膠體對(duì)陽(yáng)離子的吸附與交換n第四節(jié) 土壤

2、膠體對(duì)陰離子的吸附與交換4第一節(jié) 土壤膠體的表面類型與構(gòu)造5膠體n分散質(zhì)粒子直徑在1-100nm之間的分散系粗分散系膠體分散系分子分散系100 nm1-100 nm0.0-1 nm懸浮體膠體真溶液多相態(tài)多相態(tài)單相態(tài)6n土壤膠體：土壤中顆粒直徑或至少在一個(gè)方向2 m的固相組分n土壤粘粒： M2+ M+。因此，當(dāng)土壤溶液中含有濃度相同的一價(jià)、二價(jià)和三價(jià)陽(yáng)離子時(shí)，土壤膠體首先吸附三價(jià)陽(yáng)離子，如Al3+Ca2+K+。n對(duì)同價(jià)陽(yáng)離子而言，吸附強(qiáng)度主要決定于離子的水合半徑。一般情況下，離子的水合半徑越小，離子的吸附強(qiáng)度越大。n一般土壤中：nFe3+、Al3+H+Ca2+Mg2+NH4+K+Na+n (H+

3、含量豐富，水化半徑小，運(yùn)動(dòng)速度快)。陽(yáng)離子的專性吸附n土壤中產(chǎn)生陽(yáng)離子專性吸附的土壤膠體物質(zhì)主要是鐵、鋁、錳等的氧化物及其水合物。n被專性吸附的離子主要是過(guò)渡金屬離子(B族): 核電荷數(shù)較多，離子半徑小，水合熱較大，多以水合離子形式存在，吸附能障小，有利于與土壤固相表面的吸附。n吸附形式為：過(guò)渡金屬離子與鐵、鋁、錳等表面羥基形成絡(luò)合物，pH降低。n層狀硅酸鹽礦物在某些情況下對(duì)重金屬離子也可以產(chǎn)生專性吸附作用（絡(luò)合物），邊面裸露羥基具有一定專性吸附能力。n被土壤專項(xiàng)吸附的金屬離子均為非交換態(tài)，不能參與一般陽(yáng)離子交換反應(yīng)。n氧化物對(duì)過(guò)渡金屬離子的專性吸附作用在表面帶負(fù)電荷、正電荷或零電荷時(shí)均可發(fā)生

4、。陽(yáng)離子專性吸附的實(shí)際意義n對(duì)多種微量重金屬離子起富集作用。n調(diào)控金屬元素的生物有效性和生物毒性。n土壤溶液中Zn、Co、Cu、Mo等微量金屬離子的濃度受專性吸附的控制。n對(duì)水體的重金屬污染起一定的凈化作用，但專性吸附作用也給土壤帶來(lái)潛在的污染威脅。NH4+ NH4+陽(yáng)離子交換反應(yīng)n土壤膠體靜電吸附的陽(yáng)離子，可以被其它類型的陽(yáng)離子交換而從膠體表面解吸。這種能相互交換吸附的陽(yáng)離子叫做交換性陽(yáng)離子。把交換性陽(yáng)離子發(fā)生交換吸附的反應(yīng)稱之為陽(yáng)離子交換作用。 陽(yáng)離子交換反應(yīng)的特點(diǎn)n快速可逆：任何一方的反應(yīng)都不能進(jìn)行到底，只有不斷排除生成物，并反復(fù)浸提，才能把膠體表面上的鈣離子和鉀離子全部交換出來(lái)。n遵循

5、等價(jià)交換的原則n符合質(zhì)量作用定律：陽(yáng)離子交換作用按等摩爾進(jìn)行，即20克鈣離子可以和39克鉀離子交換。陽(yáng)離子交換反應(yīng)的特點(diǎn)n交換反應(yīng)受補(bǔ)償離子和陪伴離子的影響 如：NaOH 和 NaCl n交換受溫度影響較小，而與交換點(diǎn)位置直接相關(guān)：外表面上的交換可瞬時(shí)發(fā)生，一小時(shí)內(nèi)達(dá)到平衡；內(nèi)表面上的交換反應(yīng)較慢，因?yàn)殡x子在到達(dá)交換點(diǎn)前需要在晶層間隙中運(yùn)動(dòng)，受離子擴(kuò)散規(guī)律制約，所以往往需要很長(zhǎng)時(shí)間才能達(dá)到平衡。陽(yáng)離子交換能力n陽(yáng)離子交換量(CEC, Cation Exchange Capacity)：土壤所能吸附和交換陽(yáng)離子的容量, 用每千克土壤所含的全部交換性陽(yáng)離子的厘摩爾數(shù)表示cmol(+)/kg。n土壤

6、CEC實(shí)質(zhì)上就是土壤凈負(fù)電荷的總量。陽(yáng)離子交換量是評(píng)價(jià)土壤肥力和環(huán)境容量的一個(gè)重要指標(biāo)。它直接反應(yīng)土壤可以提供速效養(yǎng)分的數(shù)量，也能表示土壤保肥能力、緩沖能力的大小。土壤CEC 20（cmol/kg）環(huán)境容量 低 中 高(保肥能力) CEC的現(xiàn)實(shí)意義1）質(zhì)地: 越粘重的土壤, 陽(yáng)離子交換量越大2）膠體種類:有機(jī)質(zhì)2：1型膨脹性礦物2：1型非膨脹性礦物 1：1礦物 氧化物質(zhì)地砂土砂壤土壤土粘土CEC157815182530CEC的影響因素常見(jiàn)土壤膠體的CEC大小 土壤膠體 CEC cmol(+)/kg 腐殖質(zhì) 200 蛭 石 100-150 蒙脫石 70-95 伊利石 10-40 高嶺石 3-15

7、 氧化物 2-4 CEC的影響因素3）土壤pH值: 一般情況下，隨著pH的升高，土壤的可變負(fù)電荷增加，土壤的陽(yáng)離子交換量也增加。判斷題1一價(jià)的陽(yáng)離子不能置換膠體上吸附的二價(jià)或三價(jià)陽(yáng)離子。2土壤溶液中的陽(yáng)離子，一旦被土壤膠體所吸附就永遠(yuǎn)對(duì)作物無(wú)效了。u土壤膠體表面吸附的陽(yáng)離子可以分為兩種類型，一是鹽基離子，如Ca2+、Mg2+、K+、NH4+等，二是致酸離子，包括土壤膠體吸附的H+、A13+離子。鹽基離子鹽基飽和度n在土壤膠體所吸附的陽(yáng)離子中，鹽基離子的數(shù)量占所有吸附陽(yáng)離子的百分比，稱為鹽基飽和度（base saturation，BS%）。=100%交換性鹽基總量鹽基飽和度陽(yáng)離子交換量計(jì)算題：測(cè)

8、得某土壤的交換性陽(yáng)離子含量分別為：Ca2+ 6 cmol(+)/kgMg2+ 5 cmol(+)/kgH+ 2 cmol(+)/kgK+ 5 cmol(+)/kgNa+ 4 cmol(+)/kgAl 3+ 28 cmol(+)/kg試計(jì)算土壤的鹽基飽和度。 鹽基飽和度與土壤性質(zhì)n鹽基離子多是植物營(yíng)養(yǎng)所需要的養(yǎng)分，土壤鹽基飽和度越高，鹽基離子的有效性也就越高，所以鹽基飽和度的高低反映了土壤保蓄陽(yáng)離子的能力，是土壤肥力水平的重要指標(biāo)之一。nBS%80%，肥沃 80%BS%50% 中等肥沃 BS% 草酸根 檸檬酸根 H2PO4- HCO3- HBO3- SO42- Cl - NO3-n陰離子與土壤膠

9、體間同樣存在靜電吸附與專性吸附。n吸附作用力受陰離子價(jià)數(shù)、離子半徑及水合半徑影響。一、陰離子的靜電吸附n土壤對(duì)陰離子的靜電吸附是由表面帶有正電荷的土壤膠體引起。n產(chǎn)生靜電吸附的陰離子主要是Cl-、NO3-、C1O4-離子等，與膠體對(duì)陽(yáng)離子的靜電吸附一樣，這種吸附作用是由膠體表面與陰離子之間的靜電引力所控制的。 n離子的電荷及其水合半徑直接影響著離子與膠體表面的作用力。 二、陰離子專性吸附n陰離子進(jìn)入粘土礦物或氧化物表面的金屬原子的配位殼中，與配位殼中的羥基或水合基重新配位，并直接通過(guò)共價(jià)鍵或配位鍵結(jié)合在固體的表面。n這種吸附發(fā)生在膠體雙電層的內(nèi)層，也稱為配位體交換吸附。 磷酸根在氧化鐵表面的專

10、性吸附OH21+ OH2 0Fe + H2PO4- Fe +H2O OH2 H2PO4OH 1- O 3-Fe + PO43- Fe + H2OOH PO4OH2 0 OH 2-Fe + HPO42- Fe+H2OOH HPO4三. 陰離子專性吸附與非專性吸附的區(qū)別OHOH2Cl - + H2PO4-H2PO4OH+H2O + Cl-土壤膠體土壤膠體OHOH+HClOHOH2Cl -土壤膠體土壤膠體能專性吸附陰離子的主要礦物類型：1）氧化鐵、氧化鋁的凝膠2）水鋁石、三水鋁石、水鋁英石3）高嶺石82Comparison of specific adsorption and nonspecific adsorption of anions本章思考題u土壤為什么具有電性？u土壤陽(yáng)離子交換作用及其意義u鹽基飽和度及其意義u土壤施肥與土壤帶電性的關(guān)系u土壤中常見(jiàn)重金屬離子的吸附交換的特點(diǎn) 本章 復(fù)習(xí)題1、土壤膠體的表面類型有哪些？舉例說(shuō)明？2、何謂土壤膠體的比表面？受哪些因素影響？3、土壤表面電荷種類有幾類？各產(chǎn)生的原因及特點(diǎn)？4、土壤膠體的雙電層的厚度取決于哪些因素？5、什